蝗虫起跳运动分析及其仿生跳跃机构研究 论文作者签名：烧 指导教师签名： 体吸 论文评阅人1： 王文 教授 评阅人2： 杨克己教授 评阅人3： 汪久根 教授 评阅人4： 评阅人5： 答辩委员会主席： 胡旭晓 教授 委员1： 王文 教授 委员2： 杨克已教授 委员3： 吕福在副教授 委员4： 委员5： 答辩日期：2013年3月17日
论文作者签名：煎查三盔羔 指导教师签名： 论文评阅人1： 评阅人2： 评阅人3： 评阅人4： 评阅人5： 答辩委员会主席： 委员1： 委员2： 委员3： 委员4： 委员5：
Y2374492 Study on Bio-Jumping Mechanism Inspired from Locust's Take-Off Jumping Mechanism Author's signature: yinggian zhon Supervisor's signature:De Thesis reviewer 1: Wen Wang Professor Thesis reviewer 2: Keji Yang Professor Thesis reviewer 3: Jiugen Wang Professor Thesis reviewer 4. Thesis reviewer 5: Chair: Xuxiao Hu Professor (Committee of oral defence) Committeeman 1: Wen Wang Professor Committeeman 2: Keji Yang Professor Committeeman 3: Fuzai Ly Associate professor Committeeman 4: Committeeman 5: Date of oral defence:
Author’S signature： 一 ‘ ■ ‘ Supervisor 7S signature： Thesis reviewer 1： Thesis reviewer 2： Thesis reviewer 3： Thesis reviewer 4． Thesis reviewer 5： Chair： Xuxiao Hu Professor (Committee of oral defence) Committeeman 1： Committeeman 2： Committeeman 3： Committeeman 4． Committeeman 5： Date of oral defence：
浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 ￥位论文作者鉴名飘裤税字日菊：2013年3月2日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位老文作者鉴务凯 师松见 签字日期：2013年3月21日 签字日期：71乃年}月☑日
浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 乞签字日期： 动侈年弓月二7日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 迸姿盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂婆盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：挑 签字日期：幻／弓年多月二7日 签字日期：1≈f多年弓月钐f日
浙江大学项士学位论文 摘要 本论文研究工作依托国家自然科学基金项目“基于蝗虫杠杆弹射跳跃机理的仿生微 跳跃机构研究”（项目编号：50975251），开展了蝗虫跳跃机理及其仿生跳跃机构研究。首 先，通过高速摄像实验对蝗虫的起跳阶段进行图像采集与分析，获取蝗虫在起跳阶段跳跃 足运动参数；其次，建立蝗虫起跳阶段平面刚体模型，基于蝗虫跳跃实验的跳跃足运动参 数进行运动分析，得到了蝗虫在起跳阶段的运动特征，并阐述了该运动特征所具有的优势； 再次，参考生物学实验和蝗虫运动特征，提出了仿生跳跃足的设计方法，在此基础上设计 加工制作了仿蝗虫跳跃机构，并对其进行动力学分析和起跳阶段实验测试，验证了其起跳 阶段与蝗虫的运动仿生相似性；随后，对该跳跃机构的跳跃性能进行测试，分析影响其跳 跃的因素，并进行优化改进，改进后的仿生跳跃机构提高了能量利用率和跳跃高度。 第一章，主要阐述论文研究的背景与意义，介绍生物跳跃运动以及国内外跳跃机器人 的研究现状，提出论文的主要研究内容和论文框架， 第二章，开展了蝗虫跳跃机理的研究。以中华稻蝗为研究对象，采用高速摄像技术对 蝗虫起跳阶段进行图像采集，并对采集到的图像进行处理，得到该阶段蝗虫跳跃足关节转 角的变化曲线，在此基础上将蝗虫简化为平面连杆模型进行运动学分析得到蝗虫质心与跳 跃足关节转角之间的数学关系，将提取出的跳跃足关节转角导入数学关系式得到蝗虫在跳 跃加速阶段的质心运动学曲线，为仿生跳跃机构的设计提供了依据。 第三章，针对蝗虫跳跃足的特点以及蝗虫在起跳阶段的运动学特性，提出仿生跳跃机 构跳跃足的设计方案，并对其结构进行优化，在此基础上设计出仿蝗虫跳跃机构。 第四章，针对仿生跳跃机构，对其进行动力学建模，并用MATLAB对动力学方程进 行求解，得到仿生跳跃机构在跳跃加速阶段的运动特性曲线。并对该仿生跳跃机构起跳阶 段进行实验测试，动力学分析和跳跃样机的实验测试表明该机构具有与蝗虫跳跃运动相似 的运动曲线。 第五章，对跳跃机构的跳跃运动全周期过程进行图像采集，分析其跳跃性能和存在的 缺陷，为了使跳跃机构获得更好的质量分布和机构的轻型化，对跳跃机构进行改进，实验 测试表明，改进后跳跃机构具有更好的能量利用率和更高的跳跃高度。 第六章，总结了论文的主要研究工作，并展望了未来的研究工作
浙江大学硕士学位论文 摘要 本论文研究工作依托国家自然科学基金项目“基于蝗虫杠杆．弹射跳跃机理的仿生微 跳跃机构研究”(项目编号：50975251)，开展了蝗虫跳跃机理及其仿生跳跃机构研究。首 先，通过高速摄像实验对蝗虫的起跳阶段进行图像采集与分析，获取蝗虫在起跳阶段跳跃 足运动参数；其次，建立蝗虫起跳阶段平面刚体模型，基于蝗虫跳跃实验的跳跃足运动参 数进行运动分析，得到了蝗虫在起跳阶段的运动特征，并阐述了该运动特征所具有的优势； 再次，参考生物学实验和蝗虫运动特征，提出了仿生跳跃足的设计方法，在此基础上设计 加工制作了仿蝗虫跳跃机构，并对其进行动力学分析和起跳阶段实验测试，验证了其起跳 阶段与蝗虫的运动仿生相似性；随后，对该跳跃机构的跳跃性能进行测试，分析影响其跳 跃的因素，并进行优化改进，改进后的仿生跳跃机构提高了能量利用率和跳跃高度。 第一章，主要阐述论文研究的背景与意义，介绍生物跳跃运动以及国内外跳跃机器人 的研究现状，提出论文的主要研究内容和论文框架。 第二章，开展了蝗虫跳跃机理的研究。以中华稻蝗为研究对象，采用高速摄像技术对 蝗虫起跳阶段进行图像采集，并对采集到的图像进行处理，得到该阶段蝗虫跳跃足关节转 角的变化曲线，在此基础上将蝗虫简化为平面连杆模型进行运动学分析得到蝗虫质心与跳 跃足关节转角之间的数学关系，将提取出的跳跃足关节转角导入数学关系式得到蝗虫在跳 跃加速阶段的质心运动学曲线，为仿生跳跃机构的设计提供了依据。 第三章，针对蝗虫跳跃足的特点以及蝗虫在起跳阶段的运动学特性，提出仿生跳跃机 构跳跃足的设计方案，并对其结构进行优化，在此基础上设计出仿蝗虫跳跃机构。 第四章，针对仿生跳跃机构，对其进行动力学建模，并用MATLAB对动力学方程进 行求解，得到仿生跳跃机构在跳跃加速阶段的运动特性曲线。并对该仿生跳跃机构起跳阶 段进行实验测试，动力学分析和跳跃样机的实验测试表明该机构具有与蝗虫跳跃运动相似 的运动曲线。 第五章，对跳跃机构的跳跃运动全周期过程进行图像采集，分析其跳跃性能和存在的 缺陷，为了使跳跃机构获得更好的质量分布和机构的轻型化，对跳跃机构进行改进，实验 测试表明，改进后跳跃机构具有更好的能量利用率和更高的跳跃高度。 第六章，总结了论文的主要研究工作，并展望了未来的研究工作
浙江大学硕士学位论文 关键词：蝗虫；跳跃机理；仿生；跳跃机构
浙江大学硕士学位论文 关键词：蝗虫；跳跃机理；仿生；跳跃机构 II